Tuần tin khoa học 945 (09-15/06/2025)

Gen  mã hóa sinh tổng hợp men acetolactate synthase của nấm Phytophthora infestans và tính kháng bệnh mốc sương khoai tây ngoài đồng

Nguồn: Nora Temme, Tobias Haehre, Clarissa Boyher, Lydia Hoppe, Colin Davenport, Zach Stumo, Kai Prenzler, Anja Maeser, Maike Pflugmacher, Kerstin Koch, Dietmar J Stahl. 2025. Host-induced gene silencing of the amino acid biosynthesis gene acetolactate synthase of Phytophthora infestans caused strong enhanced late blight resistance of potato in the field. Plant Biotechnol J.; 2025 May 9.  doi: 10.1111/pbi.70133.

Bệnh mốc sương khoai tây do nấm Phytophthora infestans là bệnh nghiêm trọng nhất trong sản xuất khoai tây. Tác giả trình bày hiệu quả của công nghệ di truyền HIGS (sự im lặng của gen do cây chủ gây ra) chống lại gen sinh tổng hợp amino acid của nấm gây bệnh để làm tăng tính kháng nấm oomycete xâm nhiễm vào cây trồng trên ruộng. Một “RNAi hairpin” được thiết kế chống lại gen ALS (acetolactate synthase) của nấm Phytophthora infestans được chuyển nạp vào khoai tây. Dòng khoai tây HIGS-ALS biểu hiện gen đích vô cùng hiệu quả làm câm gen của nấm thông qua xét nghiệm reporter gene có tên luciferase. Phân tử  siRNAs chuyển hóa từ cây chủ nhắm đích đến là gen ALS của oomycete được người ta tìm thấy nhờ giải trình tự small RNA. Biểu hiện gen ALS của nấm P. infestans giảm đi trong giai đoạn xâm niễm đầu tiên của dòng khoai tây HIGS-ALS, nhờ kết quả qRT-PCR.  Dòng khoai tây HIGS-ALS cho thấy có tính trạng kháng bệnh mốc sương tăng lên qua xét nghiệm lá. Sự im lặng gen ALS còn mang đến tính kháng bệnh mốc sương mạnh mẽ đối với dòng khoai tây HIGS trong nghiệm thức ở gần đồng ruộng châu Âu và nghiệm thức đồng ruộng ở Mỹ kháng lại mẫu phân lập nấm P. infestans của châu Âu và Mỹ, theo thứ tự. Kết quả cho thấy giá trị của công nghệ di truyền HIGS  nhằm phát triển tính kháng mới về số lượng của khoai tây chống lại nấm Phytophthora infestans.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40344624/

TRANSPORTER 1 (OsIRT1) và OsIRT2 có trong sự hấp thu sắt của cây lúa (Oryza sativa)

Nguồn: Deka Reine Judesse Soviguidi, Huaqian Ping, Bangzhen Pan, Rihua Lei, Gang Liang. 2025 TRANSPORTER 1 (OsIRT1) and OsIRT2 are involved in ferrous iron uptake in rice. Plant Physiology and Biochemistry; 22 May 2025, 110059

Sắt (Fe) lấy từ đất là nguồn dinh dưỡng cần thiết để cây lúa tăng trưởng và phát triển bình thường. Gen OsIRT1 và OsIRT2 bị kích hoạt khi cây lúa thiếu sắt; tuy nhiên, người ta chưa biết rõ cây lúa hấp thu sắt là do thiếu gen đích này trong cây lúa đột biến kiểu loss-of-function. Nghiên cứu này định tính chức năng của OsIRT1 và OsIRT2. Cả hai OsIRT1 và OsIRT2 đều có thể cứu sống hiện tượng thiếu sắt của gen đồng dạng Atirt1 trong cây Arabidopsis khi chúng được thiết kế vector có CaMV35S promoter. Công nghệ chỉnh sửa gen theo hệ thống CRISPR-Cas9 được khái thác nhằm phát sinh ra dòng đột biến đa dạng, Osirt1, Osirt2, và Osirt1/Osirt2. Trong điều kiện thí nghiệm trong dung dịch dinh dưỡng với nhiều nghiệm thúc khác nhau về Fe, đối chúng là không có sắt: Fe-free (-Fe), Fe(II), và Fe(III), không có sự khác biệt khi quan sát bằng mắt thường giữa các dòng mutants và dòng wild type (nguyên thủy). Biểu hiện của những gen Strategy II được tăng hoạt trong các dòng lúa đột biết trong nghiệm thức thiếu sắt. Kết quả đo lường hàm lượng Fe cho thấy hàm lượng Fe thấp hơn trong dòng lúa mutants so với dòng lúa wild type trong nghiệm thức Fe(II), nhưng không trong nghiệm thức -Fe và Fe(III). Khi trồng lúa trên ruộng, hàm lượng sắt trong hạt lúa thấp hơn ở dòng lúa mutants so với dòng lúa wild type. Phân tích biểu hiện gen cho thấy thành viên OsbHLH IVc, OsPRI1, rất cần cho điều tiết theo kiểu “up” của gen OsIRT1 và OsIRT2 phản ứng với thiếu Fe của cây lúa. Hơn nữa, OsPRI1 và OsPRI2 gắn kết và kích hoạt promoters của hai gen OsIRT1 và OsIRT2. Người ta đã định tính được chức năng của OsIRT1 và OsIRT2 trong hấp thu Fe(II), cung cấp kiến thức về cơ chế phân tử của tính trạng sinh lý “Fe homeostasis” được duy trì trong cây lúa.

Xem https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S098194282500587X

Phân tích GWAS và biểu hiện gen của họ gen “Mediator Complex Subunit” cây sắn

Nguồn: Lingling Zhou, Shuhui Sun, Linlong Zhu, Xian Chen, Ran Xu, Lian Wu, Shuang Gu. 2025. enome-Wide Identification and Expression Analysis of the Mediator Complex Subunit Gene Family in Cassava. Int J Mol Sci.; 2025 Feb 15; 26(4):1666. doi: 10.3390/ijms26041666.

Chức năng của MED (mediator complex) đóng vai trò co-activator của thực vật, truyền đi tín hiệu phiên mã để điều tiết sự biểu hiện gen, bao gồm các phản ứng với stress do ngoại cảnh. Trong khi họ gen MED đã được phân lập rồi trong nhiều loài thực vật, nhưng nó vẫn chưa được báo cáo trong cây sắn. Theo đây, người ta xác định được 32 thành viên của họ gen MeMED cây sắn (Manihot esculenta Crantz) phân bố trên 13 nhiễm sắc thể. Những gen này được sắp xếp thành “Mediator subunits” riêng biệt dựa theo sự tương đồng theo “Arabidopsis modules”. Phân tích promoter cho thấy có sự hiện diện của nhiều nguyên tố khác nhau của cis-regulatory, có khả năng đóng vai trò quan trọng trong điều tiết tăng trưởng và phát triển của cây, phản ứng với stress. Cơ sở dữ liệu  RNA-seq cho thấy từng thành phần biểu hiện tại mô đặc biệt của các gen MeMED, với biểu hiện đáng kể ghi nhận trên lá, rễ, cuống lá, thân, mô sẹ của phôi dễ vỡ, và sinh mô tận ngọn. Phân tích RT-qPCR chuyên sâu đối với nhiều stress phi sinh học bao gồm khô hạn, hydrogen peroxide ngoại sinh, nhiệt độ lạnh, nóng, và mặn cho thấy có 10 gen chọn lọc MeMED biểu hiện có ý nghĩa theo kiểu “differential expression”, cho thấy chức năng của chúng giúp cây thích nghi với stress. Kết quả cho chúng ta kiến thức về vai trò sinh học của họ gen MeMED trong cây sắn, có ý nghĩa trong việc cải tiến tính chống chịu stress của giống sắn cao sản trong tương lai.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40004128/

Hình: Phân bố các gen trong họ gen MeMED của cây sắn.

GWAS xác định GmARF9b/ GmARF2a điều tiết tiêu cực sự tăng trưởng rễ cây đậu nành

Nguồn: Di Li, Tianle Miao, Hong Liao, Yongjia Zhong. 2025. Genome-Wide Identification of GmARF9b/ GmARF2a Negatively Regulate Root Growth in Soybean. Int J Mol Sci.; 2025 May 9; 26(10):4547. doi: 10.3390/ijms26104547.

Auxin là hormone thực vật quan trọng, điều tiết tăng trưởng và phát triển rễ của cây. Chức năng của ARFs là những regulators trung tâm trong sự truyền tín hiệu auxin ở cây mô hình, và chức năng của những ARF activators đã và đang được nghiên cứu sâu, trong khi đó chức năng của ARF repressors vẫn còn mơ hồ. Theo nghiên cứu này, người ta tiến hành xem xét họ gen  GmARFs của cây đậu nành thông qua GWAS và nghiên cứu chức năng gen của rễ cây đậu nành biểu hiện mạnh mẽ gen ARFs.

Tổng cộng người ta phân lập được 59 thành viên của GmARF trong hệ gen cây đậu nành. GmARFs mang phân tử kết gắn chuẩn B3 DNA-binding (B3), ARF (Aux rep), và domain của protein chức năng PB1.

Người ta xác định được hai gen có chức năng “repressor”: GmARF9b (Glyma.03G070500) và GmARF2a (Glyma.05G200800), chúng biểu hiện có tính chất chuyên biệt hay biểu hiện mạnh mẽ trong rễ cây đậu nành. Kết quả nhuộm mô hóa học cho thấy cả hai gen chủ yếu hiểu hiện ở trụ rễ, chóp rễ và góc rễ nhánh ngang.

Phân tích định vị trong tế bào  cho thấy chúng có trong nhân. Sự biểu hiện mạnh mẽ của gen GmARF9b và GmARF2a ức chế đáng kể tăng trưởng của rễ thông qua  xét nghiệm “transgenic hairy root”. Phân tích thành phần rễ cho thấy GmARF9b và GmARF2a điều tiết một cách tiêu cực lớp tế bào vỏ rễ và chiều dài tế bào theo chiều đứng của rễ, do vậy, điều chỉnh được sự phát triển của rễ. Nhín chung, nghiên cứu đã xác định được sơ bộ hai  gen GmARFs ức chế tăng trưởng rễ đậu nành. Phát hiện này đã làm sâu sắc hơn sự hiểu biết của chúng ta về chức năng của ARFs trong phát triển rễ và cung cấp sự hướng dẫn cho cải tiến giống có bộ rễ mong muốn  giúp cây cải thiện hiệu quả hấp thu dinh dưỡng trong đất.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40429693/

Cây gia hệ và phân tích synteny các gen ARF. (A) Cây gia hệ của ARF proteins. (B) Phân bố và collinearity của gen GmARF; (C) Phân tích syntany (hệ gen đồng dạng).